专利名称：一种汽车abs虚拟现实仿真系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车控制系统，尤其涉及一种汽车虚拟现实仿真系统。
背景技术：
虚拟现实技术(Virtual Reality，简称VR)，自1962年Moton Heilig发明实感全景仿真机开始，受到极大的关注，并很快应用于传统制造业，为产品研发、设计、制造及性能测试提供了一种全新的解决方法，极大提高产品开发效率、缩短开发周期、降低开发费用， 避免开发实际产品所带来的风险。目前在国外，虚拟现实技术已经在汽车工业领域得到了广泛的应用。汽车ABS作为车辆高速行驶状态下制动以及紧急制动时保证车辆稳定性和安全性最重要的装置，其功能的试验必须要经过实车道路测试，但是实车道路测试需要前期大量的准备工作，对场地条件及试验设备要求很高，资金投入大，要求试验人员具备丰富的经验，而且由于一次试验成本太高也不可能反复多次进行试验。基于此，在ABS实车试验之前，能够用计算机模拟仿真的方法来检测ABS的工作情况，尽可能提前排除隐患完善功能设计就十分必要。传统的模拟仿真方法是借助MATLAB/SIMULINK等工具进行数值模拟，输入车辆参数以及路况等环境参数，测试结果以参数曲线的形式表现，对于一般的工程技术人员以及高级技师来说不够直观，也更难于理解，仿真效果交互性不够强，因此，借助计算机设计出与真实车辆一样的三维实体车辆模型，并将计算结果通过动画展现出来，人们就可以利用感性经验从整体上去分析车辆ABS的工作性能。申请号为200710069926. 6的发明专利申请“面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法”属于虚拟现实技术在虚拟驾驶中的应用，没有对现实汽车中的实际行驶状态进行模拟，不适用ABS性能试验。宋昱在其硕士学位论文“车辆防抱死系统控制策略与仿真”中完成了一种ABS硬件在环仿真方案，使用VRML虚拟现实建模语言建立汽车虚拟试验场景，借助Matlab虚拟现实工具箱将虚拟场景和其仿真平台进行数据通信，能够进行虚拟演示，但其缺陷在于VRML文件需要VRML浏览器解释执行，复杂的三维模型将降低浏览器速度，因此不能使用精细复杂的三维模型，削弱了虚拟现实技术真实感的特性，使用的VRML浏览器并非主流浏览器，系统可移植性弱；虚拟试验场景与仿真平台耦合太强，虚拟现实在该ABS 硬件在环仿真方案中成为了一种辅助的展现手段，并没有形成一套功能完备的汽车ABS虚拟现实仿真系统。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是设计一种完备的汽车ABS虚拟现实仿真系统，完成ABS性能测试，将ABS仿真过程可视化，同时又能将重要的参数的仿真数据绘制成曲线并保存在文本中，为ABS制动性能的评价提供可靠的判断依据。本发明解决上述技术问题的技术方案是设计一种汽车ABS虚拟现实仿真系统，该系统包括虚拟仿真系统、ABS仿真台架和模型资源。ABS仿真台架完成仿真数据的采集，并将仿真数据和控制信号上传虚拟仿真系统； 虚拟仿真系统加载模型资源建立虚拟汽车和模拟试验道路，设置通信方式。虚拟仿真系统中汽车功能模块读取全局变量值，根据全局变量值计算世界坐标系下各个坐标轴方向车身的平动速度和位移，以及在车身局部坐标系下绕各个坐标轴的旋转角速度和角位移、车轮角速度和角位移，根据车身的平动位移、角位移移动和旋转虚拟汽车，根据车轮角速度使车轮绕汽车滚动轴滚动，根据方向盘转角值使转向轮绕转向轴转动； 虚拟仿真系统中仿真界面展现模块根据虚拟汽车的上述状态绘制仿真曲线；虚拟仿真系统建立虚拟摄像机获取虚拟汽车位置，根据虚拟汽车位置、虚拟摄像机向量建立虚拟摄像机观察矩阵，根据摄像机观察矩阵通过3D图形引擎进行取景变化，绘制流水线对虚拟汽车运行状态进行渲染。虚拟仿真系统中汽车功能模块读取全局变量值，根据全局变量值的计算方法具体包括如果收到油门信号，则计算车轮驱动力矩；如果收到制动信号，则计算车轮制动力矩；根据虚拟仿真系统中汽车功能模块定义的车辆质量和路面摩擦系数计算路面提供的横向摩擦力和纵向摩擦力；根据车轮所受横向摩擦力、纵向摩擦力、驱动力矩或制动力矩以及车速、轮速、方向盘转角值，计算虚拟汽车在世界坐标系下各个坐标轴方向的平动速度和位移以及在车身局部坐标系下绕各个坐标轴的旋转角速度和角位移，根据车轮所受纵向摩擦力、驱动力矩或者制动力矩计算出车轮角速度和角位移。虚拟摄像机向量包括虚拟摄像机的位置向量、虚拟摄像机的观察向量、虚拟摄像机的右向量、虚拟摄像机的上向量。建立虚拟摄像机观察矩阵具体包括
(1)根据虚拟汽车的位置巧Ο ,ΛΑ)、虚拟汽车与世界坐标系Z轴所成的方向角以及虚拟摄像机与虚拟汽车之间的距离distance，虚拟仿真系统调用公式 Xi = Xv - distance χ sm a , yf ^c , ζ. =zv — distance χ cos α ,计算虚拟摄像机的位置向量
权利要求
1.一种汽车ABS虚拟现实仿真系统，其特征在于，该系统包括ABS仿真台架、虚拟仿真系统、模型资源，虚拟仿真系统加载模型资源搭建虚拟试验环境，ABS仿真台架采集汽车仿真数据，并将仿真数据和控制信号实时发送到虚拟仿真系统建立全局变量；虚拟仿真系统中汽车功能模块读取全局变量值，根据全局变量值计算世界坐标系下各个坐标轴方向车身的平动速度和位移，以及在车身局部坐标系下绕各个坐标轴的旋转角速度和角位移、车轮角速度和角位移，根据车身的平动位移、角位移移动和旋转虚拟汽车，根据车轮角速度使车轮绕汽车滚动轴滚动，根据方向盘转角值使转向轮绕转向轴转动；虚拟仿真系统中仿真界面展现模块根据虚拟汽车的上述状态绘制仿真曲线；虚拟仿真系统建立虚拟摄像机获取虚拟汽车位置，根据虚拟汽车位置、虚拟摄像机向量建立虚拟摄像机观察矩阵，根据观察矩阵通过3D图形引擎进行取景变化，绘制流水线对虚拟汽车运行状态进行渲染。
2.根据权利要求1所述的汽车ABS虚拟现实仿真系统，其特征在于，根据全局变量值的计算方法具体包括如果收到油门信号，则计算车轮驱动力矩；如果收到制动信号，则计算车轮制动力矩；根据虚拟仿真系统中汽车功能模块定义的车辆质量和路面摩擦系数计算路面提供的横向摩擦力和纵向摩擦力；根据车轮所受横向摩擦力、纵向摩擦力、驱动力矩或制动力矩以及车速、轮速、方向盘转角值，计算虚拟汽车在世界坐标系下各个坐标轴方向的平动速度和位移以及在车身局部坐标系下绕各个坐标轴的旋转角速度和角位移，根据车轮所受纵向摩擦力、驱动力矩或者制动力矩计算出车轮角速度和角位移。
3.根据权利要求1所述的汽车ABS虚拟现实仿真系统，其特征在于，虚拟摄像机向量包括虚拟摄像机的位置向量、虚拟摄像机的观察向量、虚拟摄像机的右向量、虚拟摄像机的上向量。
4.根据权利要求1或3所述的汽车ABS虚拟现实仿真系统，其特征在于，建立虚拟摄像机观察矩阵具体包括(1)根据虚拟汽车的位置巧Ο ,ΛΑ)、虚拟汽车与世界坐标系Z轴所成的方向角《以及虚拟摄像机与虚拟汽车之间的距离distance，虚拟仿真系统调用公式 Xi = Xv - distance χ sm α , = c , Zff = Zv - distance χ cos α ,计算虚拟摄像机的位置向量巧4)，其中，c为常数;(2)根据虚拟摄像机的位置向量和虚拟汽车位置调用公式[-QJyJs) = (Pv Φ ,Λ而)—pc ( , Λ , 2,))/11 iK Ο ,Λ，2 〉— pe h ^))11 计算虚拟摄像机的观察向量；(3)根据虚拟摄像机的观察向量和ζ轴单位向量调用公式^J^,rJ = (I(/a,IJ1J4)x(0Jl,0))/||(￡(l3Jlil,IJx(0,l;0))|| 计算虚拟摄像机的右向量；(4)根据虚拟摄像机的观察向量和右向量调用公式 (L(iJP,OxR(.rX7ry,rs:j)/\\ (LQJyJs)X R(rXIry ,rJ) \\ 计算虚拟摄像机的上向量；(5)根据以上计算的虚拟摄像机的位置向量P。、观察向量L、右向量R、上向量U建立虚拟摄像机观察矩阵U,U..-RCR-KDLr -P,UL，其中rx、ry、rz分别为右向量在世界坐标系中沿χ轴、y轴、ζ轴的坐标分量，ux、uy、uz分别为上向量在世界坐标系中沿χ轴、y 轴、ζ轴的坐标分量，lx、ly、Iz分别为观察向量在世界坐标系中沿χ轴、y轴、ζ轴的坐标分量。全文摘要
本发明公布了一种汽车ABS虚拟现实仿真系统，属于计算机控制技术领域。本发明由虚拟仿真系统、ABS仿真台架以及模型资源构成。虚拟仿真系统加载模型资源搭建虚拟试验环境，ABS仿真台架将仿真数据、控制信号实时发送给虚拟仿真系统，虚拟仿真系统根据仿真数据和控制信号驱动虚拟汽车进行启动、加速、转向、制动等动作，完成ABS虚拟仿真试验。本发明的虚拟仿真系统能够模拟出刹车时汽车的横摆、侧倾等行为，使得ABS仿真过程更加直观逼真，制动过程中的重要参数被绘制成仿真曲线，一次仿真结束后，可以重新配置参数进行下次仿真，是一套完备的仿真试验系统。
文档编号G05B17/02GK102426425SQ201110349210
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者吴渝, 张寅奇, 李红波, 李银国, 薛亮 申请人:重庆邮电大学